[01280133]大型海湾河口复杂水沙与通航关键技术及应用

我国港航建设快速发展，长三角地区逐步形成了世界第一和第二大港，即宁波舟山港和上海港，然而船舶大型化对港区航道水深提出了更高要求，亟待解决“浅水深用”等通航难题，水沙则是其中关键。

本项目以大型乐清湾和长江口为典型，开展复杂水沙运移理论和港区航道水深改善的关键技术研究，既具重要应用价值，又富有理论意义。经多年研究，取得系列创新成果。

（1）针对海湾与河口的粘性非均匀沙，建立了临界侵蚀切应力和临界淤积切应力公式，构建了海湾与河口非均匀沙任意第k粒级的冲淤模式，提出解决泥沙数学模型参数诸如沉降速度及恢复饱和系数的新方法。基于非饱和输沙理论，研发了迎风-中心结合的高精度高效率数值格式，物理和数学上完全考虑了水-沙-床之间的耦合作用，建立了能准确捕捉河口激波和间断的全耦合水沙数学模型。基于粘性沙流变试验建立了波流作用下河口粘性沙冲淤模型，揭示了粘性沙的强耗散作用机制。

（2）基于积分形式的二维连续方程和二维阻力公式及时变水流挟沙能力公式，建立了长江口汊道水力几何形态理论关系：即汊道与单一河道平均水深之比、面积之比分别为分流比的2/7和6/7次方。

据此获得长江口拦门沙顶部最大平衡水深与长期实测自然水深相一致，显示了平衡水深理论的合理性，经修正后用于深水航道治理，揭示了长江口北槽深水航道的回淤原因提出了一种航道演变理论模型，创新性地发现不同的引水引沙量和河宽条件可导致多种非线性变化的纵向河床形态，揭示了引水引沙对航道水深与河床形态的复杂影响。

提出层化比例参数概念，揭示了盐水锋面与最大浑浊带（TM）的相互作用机理，而TM引起的淤积会严重影响通航水深。基于现场观测和数值模型，揭示了洪枯季之间长江深水航道中盐水锋面处会形成TM，涨落潮过程中咸淡水之间出现层化效应会抑制湍流和泥沙悬浮，增强水体层化效应，从而加强了TM区泥沙淤积，影响航道的水深和稳定性。

提出考虑泥沙减阻的潮波理论模型，阐明了高含沙环境下河口潮流-泥沙-地形的相互作用机制，支持了新水沙条件下钱塘江河口和长江口等河口的研究和治理。考虑粘性沙的侵蚀沉积，研究了概化喇叭形河口内沙坎的形成与演变过程，揭示了径潮流作用下最大浑浊带处发生强烈淤积而上下游发生冲刷从而形成了河口沙坎的机制。

建立了疏浚的回淤速率公式，研发了基于灰色Markov链的海湾河口疏浚槽回淤的预报程序。

揭示了潮滩面积和坡度等参数变化影响海湾纳潮量、潮汐不对称和对流扩散过程进而影响泥沙输移的机理指出象山港湾顶分潮振幅大，潮滩形态参数变化对水沙输移影响较大。

建立了耦合水沙动力和岸滩演变的XX尺度数值模型，分析了已建工程对海湾水沙动力环境的影响机理，为海湾合理开发利用提供理论支撑。

项目发表论文39篇，其中SCI和EI收录论文26篇，获授权软件著作2件。

研究成果不仅丰富了海湾与河口粘性非均匀沙的输移理论，而且为乐清湾港区浅水深用和长江口深水航道回淤原因分析等提供了重要的科技支撑。